[論文レビュー] Mid-infrared interferometric monitoring of evolved stars - The dust shell around the Mira variable RR Aql at 13 epochs

I. Karovicova, M. Wittkowski+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、VLTI/MIDI機器を用いてMira変星RR Aqlを13エポックにわたる中赤外干渉測定で調査し、動的で脈動に基づく大気と放射線輸送を用いてほこりの殻をモデル化した。観測データは、τ_V = 2.8 ± 0.8、R_in = 4.1 ± 0.7 R_Photosphere、指数p = 2.6 ± 0.3のケイ酸塩ほこりの殻によって最もよく適合され、中赤外線の放射度と可視度に及ぼす脈動効果はそれぞれ25%未塔と20%未塔であり、測定誤差範囲内で検出不能であることが示された。

ABSTRACT

We obtained 13 epochs of mid-infrared interferometry with the MIDI instrument at the VLTI between April 2004 and July 2007, covering pulsation phases 0.45-0.85 within four cycles. The data are modeled with a radiative transfer model of the dust shell where the central stellar intensity profile is described by a series of dust-free dynamic model atmospheres based on self-excited pulsation models. We examined two dust species, silicate and Al2O3 grains. We performed model simulations using variations in model phase and dust shell parameters to investigate the expected variability of our photometric and interferometric data. The observed visibility spectra do not show any indication of variations as a function of pulsation phase and cycle. The observed photometry spectra may indicate intracycle and cycle-to-cycle variations at the level of 1-2 standard deviations. The best-fitting model for our average pulsation phase of 0.64+/-0.15 includes the dynamic model atmosphere M21n (T_model=2550 K) with a photospheric angular diameter of 7.6+/-0.6 mas, and a silicate dust shell with an optical depth of 2.8+/-0.8, an inner radius of 4.1+/-0.7 R_Phot, and a power-law index of the density distribution of 2.6+/-0.3. The addition of an Al2O3 dust shell did not improve the model fit. The photospheric angular diameter corresponds to a radius of 520^+230_-140 R_sun and an effective temperature of ~ 2420+/-200 K. Our modeling simulations confirm that significant visibility variations are not expected for RR Aql at mid-infrared wavelengths within our uncertainties. We conclude that our RR Aql data can be described by a pulsating atmosphere surrounded by a silicate dust shell. The effects of the pulsation on the mid-infrared flux and visibility values are expected to be less than about 25% and 20%, respectively, and are too low to be detected within our measurement uncertainties.

研究の動機と目的

• 高分解能の中赤外干渉測定を用いて、酸素豊富なMira変星における脈動、ほこりの凝縮、質量放出の関係を調査すること。
• 中赤外可視度および放射度の変化が、RR Aqlにおける脈動位相と周期を反映しているかどうかを特定すること。
• 動的で自己駆動型の脈動モデルと放射線輸送を用いて、ほこりの殻構造と中心星大気をモデル化すること。
• ほこりの殻におけるAl2O3ほこりの寄与度とその検出可能性を評価すること。
• 複数エポックの干渉測定データを用いて、ほこりの殻および光球面の幾何的・物理的パラメータを制約すること。

提案手法

• 4つの脈動周期（2004–2007年）にわたる、非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）に搭載されたMIDI機器を用いた、中赤外干渉測定の複数エポック観測が実施された。
• 中心星の強度分布は、自己駆動型脈動シミュレーション（例：T_model = 2550 KのM21nモデル）に基づく、ほこりのない動的モデル大気に基づいてモデル化された。
• 放射線輸送モデルとして、密度分布にべき乗則（ρ ∝ r^−p）を仮定し、光学的厚さ（τ_V）および内半径（R_in）を変化させた。
• 観測されたスペクトルエネルギー分布（SED）および可視度スペクトルへの寄与度を評価するため、ケイ酸塩とAl2O3の2種類のほこりをモデルに組み込んだ。
• モデル適合度は、8–13 μmの波長範囲でシミュレートされたと観測された放射度および可視度スペクトルを比較し、モンテカルロ法による誤差伝搬を用いて評価された。
• モデルシミュレーションでは、脈動位相およびほこりの殻パラメータの変化を探索し、予想される可視度および光度変動レベルを予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RR Aqlの中赤外可視度および放射度の変化は、脈動位相または周期と相関しているか？
• RQ2 脈動する動的大気を周囲むほこりの殻の放射線輸送モデルが、観測された中赤外SEDおよび可視度曲線を再現できるか？
• RQ3 データにおいてAl2O3ほこりの殻が検出可能か、それともケイ酸塩のみの殻と整合的か？
• RQ4 観測された複数エポックの干渉測定データに最もよく適合するほこりの殻の物理的パラメータ（光学的厚さ、内半径、べき乗則指数）は何か？
• RQ5 脈動によって引き起こされる星の大気の変化が、短期的および長期的スケールで中赤外線の放射度および可視度にどの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• 周期内および周期間の可視度変化は有意に検出されず、予測されたモデル変化は5–20%の測定誤差範囲内に収まった。
• 光度スペクトルには、1–2σレベルの周期内および周期間の変化が示唆されたが、これはまだ確認されていない放射度変調のわずかな証拠を示している。
• 最もよく適合するモデルは、ケイ酸塩ほこりの殻を含み、τ_V = 2.8 ± 0.8、R_in = 4.1 ± 0.7 R_Photosphere、べき乗則指数p = 2.6 ± 0.3である。
• 光球面角直径θ_Photosphere = 7.6 ± 0.6 masを有する、動的モデル大気M21n（T_model = 2550 K、Φ_model = 0.1）がデータに最もよく適合した。
• 光球面半径はR_phot = 520⁺²³⁰₋₁₄₀ R☉、効果的温度T_eff ≈ 2420 ± 200 Kであり、モデル大気と整合的である。
• Al2O3ほこりはモデル適合度を向上させなかったが、モデルシミュレーションにより、低光学的厚さの内側にAl2O3ほこりの殻がある場合、ほこりの凝縮過程に寄与する可能性は排除できない。